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𨧀

原子序数为105的化学元素
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𨧀（dou6）（英語：Dubnium），是一種人工合成的化學元素，其化學符號為Db，原子序數為105。𨧀是一種極具放射性的超重元素及錒系後元素，其最穩定的已知同位素𨧀-268的半衰期約為16小時，這也是原子序大於101（鍆）的元素中最長壽的同位素。𨧀不出現在自然界中，只能在實驗室內以粒子加速器少量合成。其英文名Dubnium源自位於俄羅斯的小鎮杜布納（Dubna），也是𨧀最早被合成出的地方。

𨧀 105Db
氫（非金屬） 氦（貴氣體）
鋰（鹼金屬） 鈹（鹼土金屬） 硼（類金屬） 碳（非金屬） 氮（非金屬） 氧（非金屬） 氟（鹵素） 氖（貴氣體）
鈉（鹼金屬） 鎂（鹼土金屬） 鋁（貧金屬） 矽（類金屬） 磷（非金屬） 硫（非金屬） 氯（鹵素） 氬（貴氣體）
鉀（鹼金屬） 鈣（鹼土金屬） 鈧（過渡金屬） 鈦（過渡金屬） 釩（過渡金屬） 鉻（過渡金屬） 錳（過渡金屬） 鐵（過渡金屬） 鈷（過渡金屬） 鎳（過渡金屬） 銅（過渡金屬） 鋅（過渡金屬） 鎵（貧金屬） 鍺（類金屬） 砷（類金屬） 硒（非金屬） 溴（鹵素） 氪（貴氣體）
銣（鹼金屬） 鍶（鹼土金屬） 釔（過渡金屬） 鋯（過渡金屬） 鈮（過渡金屬） 鉬（過渡金屬） 鍀（過渡金屬） 釕（過渡金屬） 銠（過渡金屬） 鈀（過渡金屬） 銀（過渡金屬） 鎘（過渡金屬） 銦（貧金屬） 錫（貧金屬） 銻（類金屬） 碲（類金屬） 碘（鹵素） 氙（貴氣體）
銫（鹼金屬） 鋇（鹼土金屬） 鑭（鑭系元素） 鈰（鑭系元素） 鐠（鑭系元素） 釹（鑭系元素） 鉕（鑭系元素） 釤（鑭系元素） 銪（鑭系元素） 釓（鑭系元素） 鋱（鑭系元素） 鏑（鑭系元素） 鈥（鑭系元素） 鉺（鑭系元素） 銩（鑭系元素） 鐿（鑭系元素） 鑥（鑭系元素） 鉿（過渡金屬） 鉭（過渡金屬） 鎢（過渡金屬） 錸（過渡金屬） 鋨（過渡金屬） 銥（過渡金屬） 鉑（過渡金屬） 金（過渡金屬） 汞（過渡金屬） 鉈（貧金屬） 鉛（貧金屬） 鉍（貧金屬） 釙（貧金屬） 砹（類金屬） 氡（貴氣體）
鈁（鹼金屬） 鐳（鹼土金屬） 錒（錒系元素） 釷（錒系元素） 鏷（錒系元素） 鈾（錒系元素） 鎿（錒系元素） 鈈（錒系元素） 鎇（錒系元素） 鋦（錒系元素） 錇（錒系元素） 鐦（錒系元素） 鎄（錒系元素） 鐨（錒系元素） 鍆（錒系元素） 鍩（錒系元素） 鐒（錒系元素） 鑪（過渡金屬） 𨧀（過渡金屬） 𨭎（過渡金屬） 𨨏（過渡金屬） 𨭆（過渡金屬） 䥑（預測為過渡金屬） 鐽（預測為過渡金屬） 錀（預測為過渡金屬） 鎶（過渡金屬） 鉨（預測為貧金屬） 鈇（貧金屬） 鏌（預測為貧金屬） 鉝（預測為貧金屬） 鿬（預測為鹵素） 鿫（預測為貴氣體）
鉭
↑
𨧀
↓
(Upp)
鑪 ← 𨧀 → 𨭎
概況
名稱·符號·序數𨧀（Dubnium）·Db·105
元素類別過渡金屬
族·週期·區5·7·d
標準原子質量[268]
電子排布[Rn] 5f14 6d3 7s2
（預測）

2, 8, 18, 32, 32, 11, 2
（預測）
<span class="inline-unihan" style="border-bottom: 1px dotted; font-variant: normal;cursor: help; font-family: sans-serif, &#039;FZSongS-Extended&#039;, &#039;FZSongS-Extended(SIP)&#039;, &#039;WenQuanYi Zen Hei Mono&#039;, &#039;BabelStone Han&#039;, &#039;HanaMinB&#039;, &#039;FZSong-Extended&#039;, &#039;Arial Unicode MS&#039;, Code2002, DFSongStd, &#039;STHeiti SC&#039;, unifont, SimSun-ExtB, TH-Tshyn-P0, TH-Tshyn-P1, TH-Tshyn-P2, Jigmo3, Jigmo2, Jigmo, ZhongHuaSongPlane15, ZhongHuaSongPlane02, ZhongHuaSongPlane00, &#039;Plangothic P1&#039;, &#039;Plangothic P2&#039;;" title="字符描述：⿰金杜 &#10;※如果您看到空白、方塊或問號，代表您的系統無法顯示此字元。">𨧀</span>的電子層（2, 8, 18, 32, 32, 11, 2 （預測））
𨧀的電子層（2, 8, 18, 32, 32, 11, 2
（預測））
物理性質
物態固體（預測）
原子性質
氧化態5
共價半徑149 （預測）[1] pm
雜項
CAS編號53850-35-4
同位素
主條目：𨧀的同位素
同位素 豐度 半衰期​（t1/2） 衰變
方式 能量​（MeV） 產物
262Db[2] 人造 33.8 秒 SF - -
α 8.46, 8.68 258Lr
267Db[3] 人造 1.4 小時 SF - -
268Db[4] 人造 16 小時 α 7.6－8.0 264Lr
SF - -
270Db[5] 人造 1.0 小時 α 7.90 266Lr
SF - -

在元素週期表中，𨧀是一個位於d區塊的過渡金屬，為第7週期、第5族的成員。目前人們對𨧀的化學特性所知不多，但化學實驗已証實了𨧀具有比鉭更重的同族元素應有的屬性。

在1960年代，蘇聯和美國加州的實驗室製造了微量的𨧀元素。兩國未能確定彼此的發現次序，因此雙方科學家對其命名發生了爭論，直到1997年國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）確認了蘇聯的實驗室最早合成該元素，並為雙方妥協而取名為Dubnium。

概論

這個部分摘自：超重元素 § 概論[編輯]

超重元素的合成

 
核聚變反應的圖示。兩個原子核融合成一個，並發射出一個中子。在這一刻，這個反應和用來創造新元素的反應是相似的，唯一可能的區別是它有時會釋放幾個中子，或者根本不釋放中子。
外部影片連結
  基於澳大利亞國立大學的計算，核聚變未成功的可視化[6]

超重元素[a]的原子核是在兩個不同大小的原子核[b]的聚變中產生的。粗略地說，兩個原子核的質量之差越大，兩者就越有可能發生反應。[12]由較重原子核組成的物質會作為靶子，被較輕原子核的粒子束轟擊。兩個原子核只能在距離足夠近的時候，才能聚變成一個原子核。原子核都帶正電荷，會因為靜電排斥力而相互排斥，所以只有兩個原子核的距離足夠短時，強核力才能克服這個排斥力並發生聚變。粒子束因此被粒子加速器大大加速，以使這種排斥力與粒子束的速度相比變得微不足道。[13]施加到粒子束上以加速它們的能量可以使它們的速度達到光速的十分之一。但是，如果施加太多能量，粒子束可能會分崩離析。[13]

不過，只是靠得足夠近不足以使兩個原子核聚變：當兩個原子核逼近彼此時，它們通常會融為一體約10−20秒，之後再分開（分開後的原子核不需要和先前相撞的原子核相同），而非形成單一的原子核。[13][14]這是因為在嘗試形成單個原子核的過程中，靜電排斥力會撕開正在形成的原子核。[13]每一對目標和粒子束的特徵在於其截面，即兩個原子核彼此接近時發生聚變的概率。[c]這種聚變是量子效應的結果，其中原子核可通過量子穿隧效應克服靜電排斥力。如果兩個原子核可以在該階段之後保持靠近，則多個核相互作用會導致能量的重新分配和平衡。[13]

兩個原子核聚變產生的原子核處於非常不穩定，[13]被稱為複合原子核（英語：compound nucleus）的激發態。[16]複合原子核為了達到更穩定的狀態，可能會直接裂變，[17]或是放出一些中子來帶走激發能量。如果激發能量太小，無法放出中子，複合原子核就會放出γ射線來帶走激發能量。這個過程會在原子核碰撞後的10−16秒發生，並創造出更穩定的原子核。[17]原子核只有在10−14秒內不衰變，IUPAC/IUPAP聯合工作小組才會認為它是化學元素。這個值大約是原子核得到它的外層電子，顯示其化學性質所需的時間。[18][d]

衰變和探測

粒子束穿過目標後，會到達下一個腔室——分離室。如果反應產生了新的原子核，它就會存在於這個粒子束中。[20]在分離室中，新的原子核會從其它核種（原本的粒子束和其它反應產物）中分離，[e]到達半導體探測器（英語：Semiconductor detector）後停止。這時標記撞擊探測器的確切位置、能量和到達時間。[20]這個轉移需要10−6秒的時間，因此原子核需要存在這麼長的時間才能被檢測到。[23]若衰變發生，衰變的原子核被再次記錄，並測量位置、衰變能量和衰變時間。[20]

原子核的穩定性源自於強核力，但強核力的作用距離很短，隨着原子核越來越大，強核力對最外層的核子（質子和中子）的影響減弱。同時，原子核會被質子之間，範圍不受限制的靜電排斥力撕裂。[24]強核力提供的核結合能以線性增長，而靜電排斥力則以原子序數的平方增長。後者增長更快，對重元素和超重元素而言變得越來越重要。[25][26]超重元素理論預測[27]及實際觀測到[28]的主要衰變方式，即α衰變和自發裂變都是這種排斥引起的。[f]幾乎所有會α衰變的核種都有超過210個核子，[30]而主要通過自發裂變衰變的最輕核種有238個核子。[28]有限位勢壘在這兩種衰變方式中抑制了原子核衰變，但原子核可以隧穿這個勢壘，發生衰變。[25][26]

 
基於在杜布納聯合原子核研究所中設置的杜布納充氣反衝分離器，用於產生超重元素的裝置方案。在檢測器和光束聚焦裝置內的軌跡會因為前者的磁偶極（英語：Magnetic dipole）和後者的四極磁體（英語：Quadrupole magnet）而改變。[31]

放射性衰變中常產生α粒子是因為α粒子中的核子平均質量足夠小，足以使α粒子有多餘能量離開原子核。[32]自發裂變則是由靜電排斥力將原子核撕裂而致，會產生各種不同的產物。[26]隨着原子序數增加，自發裂變迅速變得重要：自發裂變的部分半衰期從92號元素鈾到102號元素鍩下降了23個數量級，[33]從90號元素釷到100號元素鐨下降了30個數量級。[34]早期的液滴模型因此表明有約280個核子的原子核的裂變勢壘（英語：Fission barrier）會消失，因此自發裂變會立即發生。[26][35]之後的核殼層模型表明有大約300個核子的原子核將形成一個穩定島，其中的原子核不易發生自發裂變，而是會發生半衰期更長的α衰變。[26][35]隨後的發現表明預測存在的穩定島可能比原先預期的更遠，還發現長壽命錒系元素和穩定島之間的原子核發生變形，獲得額外的穩定性。[36]對較輕的超重核種[37]以及那些更接近穩定島的核種[33]的實驗發現它們比先前預期的更難發生自發裂變，表明核殼層效應變得重要。[g]

α衰變由發射出去的α粒子記錄，在原子核衰變之前就能確定衰變產物。如果α衰變或連續的α衰變產生了已知的原子核，則可以很容易地確定反應的原始產物。[h]因為連續的α衰變都會在同一個地方發生，所以通過確定衰變發生的位置，可以確定衰變彼此相關。[20]已知的原子核可以通過它經歷的衰變的特定特徵來識別，例如衰變能量（或更具體地說，發射粒子的動能）。[i]然而，自發裂變會產生各種分裂產物，因此無法從其分裂產物確定原始核種。[j]

嘗試合成超重元素的物理學家可以獲得的信息是探測器收集到的信息，即原子核到達探測器的位置、能量、時間以及它衰變的信息。他們分析這些數據並試圖得出結論，確認它確實是由新元素引起的。如果提供的數據不足以得出創造出來的核種確實是新元素的結論，且對觀察到的現象沒有其它解釋，就可能在解釋數據時出現錯誤。[k]

歷史

發現

位於杜布納的聯合核研究所（當時在前蘇聯內）在1968年首次報告發現𨧀元素。研究人員以氖-22離子撞擊鎇-243目標。他們報告了能量為9.40 MeV和9.70 MeV的α活動，並認為這些活動指向同位素260Db或261Db：

243
95Am
 + 22
10Ne
 → 265−x
105Db
 + x
n

兩年後，杜布納的團隊把產物與NbCl5反應後，對所得的氯化物使用溫度梯度色譜法分離了兩項反應產物。團隊在揮發性氯化物中，辨認出一次2.2秒長的自發裂變活動，有可能來自五氯化𨧀-261（261DbCl5）。

同年，在柏克萊加州大學，由阿伯特·吉奧索領導的團隊以氮-15離子撞擊鐦-249，肯定性地合成了𨧀-260。𨧀-260的所測得之α衰變半衰期為1.6秒，衰變能量為9.10 MeV，子衰變產物為鐒-256：

249
98Cf
 + 15
7N
 → 260
105Db
 + 4
n

由柏克萊加州大學科學家們得出的結果並沒有證實蘇聯科學家們的研究指出，𨧀-260的衰變能量為9.40 MeV或9.70 MeV的結論。因此餘下𨧀-261為可能成功合成的同位素。在1971年，杜布納的團隊利用改善了的試驗設備重復了他們的實驗，並得以証實𨧀-260的衰變數據，所用反應如下：

243
95Am
 + 22
10Ne
 → 260
105Db
 + 5
n

1976年，杜佈納的團隊繼續用溫度梯度色譜法研究這條反應，並辨認出產物五溴化𨧀-260（260DbBr5）。

1992年，IUPAC/IUPAP鐨後元素工作小組評估了兩個團隊的報告，並決定雙方的研究成果同時證實對𨧀元素的成功合成，因此雙方應共同享有發現者的稱譽。[48]

命名爭議

 
 
最初前蘇聯團隊提出把元素105以丹麥核物理學家尼爾斯·玻爾（左）命名為Nielsbohrium（Ns，鉨，目前「鉨」成為113號元素的譯名）；美國團隊則最初提出以研究放射性和放射化學而著名的德國化學家奧托·哈恩（右）命名。

蘇聯團隊建議名稱Nielsbohrium（Ns），以紀念丹麥核物理學家尼爾斯·玻爾。美國團隊則提出把新元素命名為Hahnium（Ha，𫒢、𨮟），以紀念德國化學家奧托·哈恩。因此，Hahnium一名在美洲及西歐廣為科學家們所用，並出現於許多當時的文獻中；而Nielsbohrium用於前蘇聯和東方集團國家。

兩個團隊就此對元素的命名產生了爭議。國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）就採用了臨時的系統命名Unnilpentium（Unp）。為了解決爭議，IUPAC於1994年提出名稱Joliotium（Jl，鐈[來源請求]），紀念法國物理學家弗雷德里克·約里奧-居禮。此名原先由蘇聯團隊提議為元素102的名稱，而該元素最後名為鍩（Nobelium）。雙方仍在元素104至106的命名問題上達不到共識。

鑒於國際上對104至107號元素名均存在較大分歧，全國科學技術名詞化學名詞審定委員會根據1997年8月27日IUPAC正式對101至109號元素的重新英文定名，於1998年7月8日重新審定、公佈101至109號元素的中文命名，其中105號元素中文名在《無機化學命名原則》(1980)中曾定為「𰾉」（hǎn，繁體為𫒢，圖： ）[49]，現根據IUPAC決定的英文名Dubnium（Db），改定為「𨧀」（音同「杜」）。名稱源自為獲得該元素作過重要貢獻的前蘇聯杜布納聯合核子研究所的所在地俄羅斯小鎮杜布納。[50][51]

IUPAC表示，位於柏克萊的實驗室已經在多個元素的名稱中得到了承認（如錇、鐦、鎇），且元素104和106已命名為鑪（以盧瑟福命名）和𨭎（以西博格命名），因此應在元素105的命名上承認俄羅斯團隊對發現元素104、105及106所作出的貢獻。[52][53]

化學特性

推算的屬性

在元素週期表中，元素105預測為6d系中第二個過渡金屬，以及為5族最重的元素，位於釩、鈮、鉭之下。因為𨧀直接位於鉭以下，所以也能稱為eka-鉭。5族元素有着明顯的+5氧化態，而該特性在重5族元素中更為穩定。因此𨧀預計會形成穩定的+5態。較重的5族元素也具有+4和+3態，所以𨧀也有可能形成這些具還原性的氧化態。

從鈮和鉭的化學特性推算，𨧀會與氧反應形成惰性的五氧化物Db2O5。在鹼性環境中，預計會形成鄰𨧀配合物DbO3−
4。與鹵素反應後，應形成五鹵化物DbX5。鈮和鉭的五鹵化物呈揮發性固態或呈氣態的三角雙錐形單體分子。因此，DbCl5預計將會是一種揮發性固體。同樣，DbF5揮發性將更強。其鹵化物經水解後，即形成鹵氧化物MOX3。因此𨧀的鹵化物DbX5應會和水反應形成DbOX3。根據已知較輕的5族元素與氟離子的反應，預計𨧀在和氟離子反應後會形成一系列氟配合物。其中五氟化物和氟化氫反應後會形成六氟𨧀酸離子DbF−
6。若氟化物過剩，則會形成DbF2−
7和DbOF2−
5。如果𨧀的特性是鉭的延續，則更高的氟化物濃度會產生DbF3−
8，因為NbF3−
8目前是未知的。

實驗化學

通過氣態熱色譜法，對𨧀的化學特性的研究已進行了幾年的時間。這些實驗研究了鈮、鉭和𨧀放射性同位素的相對吸收屬性。結果產生了典型的5族鹵化物及鹵氧化物：DbCl5、DbBr5、DbOCl3及DbOBr3。這些初期實驗的報告通常稱𨧀為Hahnium（中文對應譯為「𫒢」）。

公式 名稱
DbCl5 五氯化𨧀
DbBr5 五溴化𨧀
DbOCl3 氯氧化𨧀
DbOBr3 溴氧化𨧀

同位素

主條目：𨧀的同位素

如同其他高原子序的超重元素，𨧀的所有同位素都具有高度放射性，半衰期很短，非常不穩定。目前已知壽命最長的同位素為𨧀-268，半衰期約為16小時[4]，這也是原子序大於101（鍆）的元素中最長壽的同位素，但這種同位素難以被製成。[54]杜布納聯合原子核研究所於2012年的計算顯示，預計𨧀所有同位素的最長半衰期不會顯著超過一天。[55]

註釋

  1. ^ 在核物理學中，原子序高的元素可稱為重元素，如82號元素鉛。超重元素通常指原子序大於103（也有大於100[7]或112[8]的定義）的元素。有定義認為超重元素等同於錒系後元素，因此認為還未發現的超錒系元素不是超重元素。[9]
  2. ^ 2009年，由尤里·奧加涅相引領的團隊發表了他們嘗試通過對稱的136Xe + 136Xe反應合成𨭆的結果。他們未能在這個反應中觀察到單個原子，因此設置截面，即發生核反應的概率的上限為2.5 pb。[10]作為比較，發現𨭆的反應208Pb + 58Fe的截面為19+19
    -11     pb。[11]
  3. ^ 施加到粒子束以加速它的能量也會影響截面。舉個例子，在28
    14    Si
     + 1
    0    n
     → 28
    13    Al
     + 1
    1    p
    反應中，截面會從12.3 MeV的370 mb變化成18.3 MeV的160 mb，最高值是13.5 MeV的380 mb。[15]
  4. ^ 這個值也是普遍接受的複合原子核壽命上限。[19]
  5. ^ 分離基於產生的原子核會比未反應的粒子束更慢地通過目標這一點。分離器中包含電場和磁場，它們對運動粒子的影響會因粒子的特定速度而被抵消。[21]飛行時間質譜法（英語：Time-of-flight mass spectrometry）和反衝能量的測量也有助於分離，兩者結合可以估計原子核的質量。[22]
  6. ^ 不是所有放射性衰變都是因為靜電排斥力導致的，β衰變便是弱核力導致的。[29]
  7. ^ 早在1960年代，人們就已經知道原子核的基態在能量和形狀上的不同，也知道核子數為幻數時，原子核就會更穩定。然而，當時人們假設超重元素的原子核因為過於畸形，無法形成核子結構。[33]
  8. ^ 超重元素的原子核的質量通常無法直接測量，所以是根據另一個原子核的質量間接計算得出的。[38]2018年，勞倫斯伯克利國家實驗室首次直接測量了超重原子核的質量，[39]它的質量是根據轉移後原子核的位置確定的（位置有助於確定其軌跡，這與原子核的質荷比有關，因為轉移是在有磁鐵的情況下完成的）。[40]
  9. ^ 如果在真空中發生衰變，那麼由於孤立系統在衰變前後的總動量必須保持守恆，衰變產物也將獲得很小的速度。這兩個速度的比值以及相應的動能比值與兩個質量的比值成反比。衰變能量等於α粒子和衰變產物的已知動能之和。[30]這些計算也適用於實驗，但不同之處在於原子核在衰變後不會移動，因為它與探測器相連。
  10. ^ 自發裂變是由蘇聯科學家格奧爾基·弗廖羅夫發現的，[41]而他也是杜布納聯合原子核研究所的科學家，所以自發裂變就成了杜布納聯合原子核研究所經常討論的課題。[42]勞倫斯伯克利國家實驗室的科學家認為自發裂變的信息不足以聲稱合成元素，他們認為對自發裂變的研究還不夠充分，無法將其用於識別新元素，因為很難確定複合原子核是不是僅噴射中子，而不是質子或α粒子等帶電粒子。[19]因此，他們更喜歡通過連續的α衰變將新的同位素與已知的同位素聯繫起來。[41]
  11. ^ 舉個例子，1957年，瑞典斯德哥爾摩省斯德哥爾摩的諾貝爾物理研究所錯誤鑑定102號元素。[43]早先沒有關於該元素發現的明確聲明，所以瑞典、美國、英國發現者將其命名為nobelium。後來證明該鑑定是錯誤的。[44]次年，勞倫斯伯克利國家實驗室無法重現瑞典的結果。他們宣佈合成了該元素，但後來也被駁回。[44]杜布納聯合原子核研究所堅持認為他們第一個發現該元素，並建議把新元素命名為joliotium，[45]而這個名稱也沒有被接受（他們後來認為102號元素的命名是倉促的）。[46]由於nobelium這個名稱在三十年間已被廣泛使用，因此沒有更名。[47]

參考文獻

  1. ^ Chemical Data. Dubnium - Db （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）, Royal Chemical Society
  2. ^ Haba, H.; Huang, M.; Kaji, D.; Kanaya, J.; Kudou, Y.; Morimoto, K.; Morita, K.; Murakami, M.; Ozeki, K.; Sakai, R.; Sumita, T.; Wakabayashi, Y.; Yoneda, A.; Kasamatsu, Y.; Kikutani, Y.; Komori, Y.; Nakamura, K.; Shinohara, A.; Kikunaga, H.; Kudo, H.; Nishio, K.; Toyoshima, A.; Tsukada, K. Production of 262Db in the 248Cm(19F,5n)262Db reaction and decay properties of 262Db and 258Lr. Physical Review C. 28 February 2014, 89 (2): 024618 [2 July 2023]. doi:10.1103/PhysRevC.89.024618. 
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  4. ^ 4.0 4.1 Oganessian, Yu. Ts.; Utyonkov, V. K.; Kovrizhnykh, N. D.; et al. First experiment at the Super Heavy Element Factory: High cross section of 288Mc in the243Am+48Ca reaction and identification of the new isotope 264Lr. Physical Review C. 29 September 2022, 106 (3): L031301. Bibcode:2022PhRvC.106c1301O. S2CID 252628992. doi:10.1103/PhysRevC.106.L031301. 
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參考書目

外部連結

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